Но как его обнаружить у других элементов? Здесь появились трудности.
У элементов конца периодической системы тот или иной изотоп можно определить по характеру радиоактивного излучения.
Большинство элементов не обладают свойством радиоактивности. Значит, надо искать другой путь определения.
Иначе говоря, нужно было найти способ, с помощью которого удалось бы различить химически одинаковые, но разные по массе атомы одного элемента.
Это сделал физик Томсон.
Сконструировав остроумную экспериментальную установку, он провел на ней исследования с инертным газом неоном.
Результаты подтвердили высказанные ранее предположения. Выяснилось, что у неона существуют две разновидности атомов: Ne20 и Ne22, то есть изотопы неона с атомными весами 20 и 22 соответственно.
Оказалось, что почти все известные нам элементы представляют собой смесь изотопов.
Объяснить, почему, например, атомный вес калия меньше атомного веса аргона, теперь не составило труда.
В самом деле, напишем изотопный состав K и Ar и процентное содержание отдельных изотопов в них:
Аргон Калий
Ar36 Ar38 Ar40 K39 K40 K41
0,337 0,063 99,600 % 93,259 0,012 6,729 %.
Майка все-таки с недоверием смотрела, как я выписываю на фанерке длинный ряд цифр.
— Вы видите, что у аргона преобладает самый тяжелый изотоп (Ar40), а у калия — самый легкий (K39). В итоге и получается (можно убедиться в этом, проделав простой арифметический расчет), что атомный вес у Ar больше, чем у K. То же самое мы получим для Co с Ni и Te с J.
Илья уже сказал, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов выражает собой положительный заряд ядра и равно, следовательно, порядковому номеру элемента. Однако число нейтронов, связанных с протонами, может быть различным. Так, в атоме калия протонов всегда 19, а нейтронов может быть 20, 21 и 22. Эти три случая отвечают изотопам калия K39, K40 и K41 соответственно. Итак, ядра изотопов одного и того же химического элемента отличаются лишь числом нейтронов. Сумма нейтронов и протонов в ядре данного изотопа определяет его атомный вес.
Все изотопы можно разделить на две группы — устойчивые (или стабильные) и радиоактивные.
Стабильные изотопы не обладают радиоактивностью. Их число в настоящее время приблизилось к 280. Различные элементы состоят из разного количества стабильных изотопов. «Рекордсменом» в этом отношении является олово, у которого насчитывается десять изотопов.
Мнение, что радиоактивность присуща лишь элементам конца периодической системы, просуществовало недолго. Оказалось, что водород, углерод, калий, рубидий, индий, теллур, лантан, неодим, самарий, лютеций, тантал, рений также имеют радиоактивные изотопы. Их называют, как и продукты распада урана и тория, естественно радиоактивными изотопами. Их шестьдесят.
Радиоактивные изотопы характеризуются периодом полураспада и энергией распада, той энергией, которой обладает вылетающая частица.
Периодом полураспада называется количество времени, в течение которого данный радиоактивный изотоп распадается наполовину, то есть половина его количества превращается в изотоп другого элемента. Величины периодов полураспада (они обозначаются буквой T) у разных изотопов различные: от долей секунды до миллиардов лет. В зависимости от величины T различают изотопы короткоживущие, имеющие среднюю продолжительность жизни, и долгоживущие.
Сейчас известно почти 1500 стабильных и радиоактивных изотопов химических элементов, и большая часть из них получена искусственно.
— Подумать только — полторы тысячи изотопов! — удивилась Майка. — И что, все они применяются?
— Нет, конечно, не все, — улыбнулся я. — Многие вообще нельзя применять, потому что у них очень маленький период полураспада. Но если подсчитать количество изотопов, которые в наше время можно использовать, то сотня смело наберется…
— Кстати говоря, — вмешался Илья, — если внедрение радиоизотопов пойдет и дальше такими же быстрыми темпами, как и сейчас, то в человеческой жизни произойдет целая революция!
— Такой же переворот, какой произвело электричество? — улыбнулся Сергей.